國內外空間信息基礎設施建設進展及其應用中的啟示

陳慶濤，鄧 敏

(1.成都理工大學遙感與地理信息系統研究所，四川成都 610059；2.成都理工大學國土資源部地學空間信息技術重點實驗室，四川成都 610059；3.四川省地質測繪院，四川成都 610017)

國內外空間信息基礎設施建設進展及其應用中的啟示

陳慶濤1，2，鄧 敏3

(1.成都理工大學遙感與地理信息系統研究所，四川成都 610059；2.成都理工大學國土資源部地學空間信息技術重點實驗室，四川成都 610059；3.四川省地質測繪院，四川成都 610017)

通過廣泛調查研究國際和國內(國家)空間信息基礎設施(NSII)建設及空間信息綜合應用方面所取得的成功經驗和教訓，分析并提出空間信息基礎設施發展進程中的問題、各國NSII發展歷程給我們的啟發，以及我國NSII發展戰略中的一些思考，建議應積極推進“數字中國”——綜合性的國家地理空間信息戰略，特別是抓緊包括地理空間信息共享機制與共享平臺等在內的設計與研究工作，旨在為我國及地方在空間信息基礎設施建設及發展規劃方面提供借鑒和參考。

空間信息基礎設施(NSII)；3S；數字地球

一、引 言

美國繼1994年信息基礎設施(national information infrastructure，NII)立項后，1998年提出了“數字地球”(Digital Earth)戰略，以“掌握全球信息”(information of whole world in my hands)替代“星球大戰”戰略，兼具軍民兩用意義。1999年起，美國大力開展國家空間數據基礎設施(national spatial data infrastructure，NSDI)建設，作為“數字地球”戰略的重要組成部分。這個浪潮很快席卷全球。

1999年我國召開了首次“數字地球”國際會議，時任國家主席江澤民發表了“早日實現‘數字中國’，是我國爭先搶占技術產業和經濟制高點，是我們走向二十一世紀知識經濟時代的發展戰略”的講話，之后我國“數字省區”、“數字城市”、“數字行業”等一大批以“數字中國”為總目標的信息化工程建設在全國范圍內如火如荼地開展起來。

二、國外空間信息基礎設施發展應用現狀與趨勢

空間信息基礎設施(national spatial information infrastructure，NSII)的提出雖然只有短短十幾年，但發展速度驚人。1994年，美國率先提出NSDI建設計劃，之后發達國家相繼制定和實施了類似計劃，如加拿大的“地理空間數據基礎設施”、澳大利亞的“空間數據基礎設施”、歐洲26國的“歐洲空間信息基礎設施”、英國的“國家空間數據框架”等，主要內容包括：

1)成立高層次協調組織，制定鼓勵信息共享政策，協調部門和行業之間基礎地理空間信息共享。

2)組織制定空間元數據、空間數據轉換和網絡傳輸等法規和標準。

3)國家投資生產基礎性地理空間信息和對地觀測信息，提供社會化共享，如美國地球觀測系統(EOS)及國家資源數據中心。

4)建設國家地理空間信息交換中心(NGDC)，促進地理空間信息網絡共享和應用，如美國內政部地質調查所的Clearinghouse。

1996年，跨國寬帶網絡開始應用，空間信息基礎設施進入快速發展階段。在美國國家空間數據基礎設施帶動下，已有100多個國家建設了本國的空間信息基礎設施。但空間信息基礎設施發展并不平衡，表現在交換中心的建設進度和應用節點的規模上。

1998年，空間信息與傳統地球信息網絡集成技術加速發展，美國首先提出基于多源、多分辨率空間信息網絡集成應用，以及模型處理、三維顯示和虛擬現實為特點的“數字地球”應用。全球空間信息基礎設施進入發展的高峰。

2001年，美國“航天飛機雷達測圖計劃”(shuttle radar testing picture，SRTM)的技術系統采用了一臺向外伸展60 m的雷達天線形成干涉，在11 d中利用C波段和X雙波段測繪了位于60°N～56°S之間面積為1.126億km2的地區1 m分辨率的地面數字模型，獲得的數據總量高達12 TB，并公開發布經處理得出的全球30″尺度的地面數字化模型，構建1 m分辨率的地球地面模型。

2002年，歐盟議會通過建立歐洲空間信息基礎設施的決議，在歐盟各國空間信息基礎設施基礎上，建立跨國區域性空間基礎設施，并且將歐洲通信衛星網絡、環境安全遙感衛星系統(remote sensing satellite system of the environmental security，GMES)和伽利略導航系統(Galileo)等空間基礎設施計劃納入其中。

2005年，在美國地球觀測系統計劃(EOS)的基礎上，80個成員國和地區及40多個國際組織參與的國際地球觀測組織宣布，將用10年時間建成全球地球觀測系統，全球空間信息基礎設施提到議事日程。同年，美國 Google公司率先推出了 Google Earth，成為第一個采用“數字地球”技術面向全球公眾的空間信息共享平臺，是新一代空間信息基礎設施應用的典型實例。

1)Google Earth通過數以千計的服務器，以各種分辨率的衛星影像為最基礎的數據，向各行各業提供面向最終用戶的服務。

2)Google Earth集成至少44種與生活密切相關的分類信息，并包含企業名稱等重要地址信息數據庫，以虛擬地球為視覺目標，整合了Google的“本地搜索”、“駕車指南”、“地圖標注”、“GPS導航”等多項服務，將空間信息應用推向千家萬戶。

3)Google Earth提供二次開發接口，免費提供給使用者進行二次開發，用戶可在Google的影像數據、地圖基礎數據及平臺上疊加自己的信息，以很低的投入即可創建自己的應用。

4)Google Earth是一個運行性和實用性的系統，在很短時間內就擁有了巨大用戶群，并取得巨大的經濟效益，使該公司以600多億美元品牌價值一舉超越微軟成為IT產業的第一巨擘。

繼Google Earth之后，NASA的WorldWind、Yahoo公司的Yahoo Maps、微軟公司的MSN Virtual Earth、Esri公司的ArcGIS Explorer、Skyline、法國的Geoportail、日本的GlobeBase等，也得到了很大發展。

總而言之，從全球及各州、各國的情況來看，全球空間信息基礎設施一直致力于推進各個國家和組織在“如何建設空間信息基礎設施”這一問題上實現信息共享。歐洲各國在組織問題、法律問題、資金問題、參考數據和核心主題數據、元數據和訪問服務等方面進行了大量研究。絕大多數國家都意識到空間信息基礎設施的重要性，并正在計劃或已經以項目的形式進行空間信息基礎設施全部或部分的建設。歐洲在SDI背景下實施的項目存在多樣性。在歐洲，空間信息基礎設施的一個重要特征就是其建設由公共事業部門推動，很少有私營企業涉足，這種狀況與澳大利亞、加拿大及美國的情況形成鮮明對比。歐洲空間信息基礎設施計劃(INSPIRE)旨在建立歐洲空間信息基礎設施建設和運作的政策和法律框架，從而在地方、地區、國家和世界范圍內制定、實施、監管和評估歐共體政策，并為公眾提供信息。歐洲空間信息基礎設施總的特點是：將空間信息基礎設施建設和應用皆融入其中，同時，其建設與應用覆蓋不同發展水平地區，對我國的空間信息基礎設施建設最有參考價值。美國公共信息的原則就是支持廣泛地訪問信息資源，以鼓勵國民參與經濟和政治，通過競爭，與法律之間保持一定程度的平衡，通過多元化信息的生產、分發和使用，最大限度地發揮信息資源的經濟和社會效益。南非NSII借鑒美國的發展模式，而非洲北部則采用歐洲模式。

可以說，在經濟全球化背景下，空間信息基礎設施的發展水平直接影響國家安全和政府管理決策的現代化水平，地理空間信息應用及其相關產業的發展正在成為國際競爭的熱點和新的經濟增長點，空間信息基礎設施已經成為各國信息基礎設施建設和高技術應用的重要內容。

21世紀，空間信息技術正進入新一輪更新換代和產業化快速推進的時期。陸續投入民用的遙感衛星、通信衛星和導航衛星系統不斷開辟地理空間信息技術應用的新局面。各國或跨國區域性的空間信息基礎設施發展加速，主要的趨勢如下：

1)地理空間信息應用領域不斷擴展，正在孕育一系列新興產業。隨著空間信息獲取和處理技術水平的不斷提高，其應用日益廣泛，并加速向國民經濟和社會管理的主要產業滲透。通過NSII獲取的對象由數據為主轉向信息、知識為主；NSII的應用對象由專家為主轉向廣大社會用戶。

2)支持“數字區域”的關鍵技術加速發展，這一領域國際競爭與合作都在加強。以高分辨率、全天候對地觀測和精確衛星定位導航、授時技術的廣泛應用及產業化為標志，地理空間信息技術與應用進入新一輪技術更新的時期，每10年民用對地觀測數據獲取的空間分辨率、光譜分辨率和可利用數據總量約提高1個數量級；具有獲取全球對地觀測能力的國家迅速由幾個增長為20多個；全球的衛星遙感下傳基礎數據以每天數百TB的速度增長，可利用的遙感衛星數據在未來5年將增長100倍左右；NSII功能由支持地理數據查詢為主轉向多源動態空間信息的網絡集成應用和互操作。可見，基于多源、多分辨率空間信息的網絡集成，以模型處理、三維顯示和虛擬現實為特點的“數字地球”技術應用將成為NSII的重要應用模式。

3)地理空間信息標準發展迅速，截至2005年10月，國際地理信息標準委員會共確立了45項國際標準項目，其相關專業的外部聯絡員已經多達25個。為提高本國地理空間信息產業的國際競爭優勢，美國聯邦地理數據委員會(FGDC)和美國新設立的國家星基定位、導航和授時執行委員會(NSPNT)都通過其各級聯絡成員不斷加強對國際標準化組織的控制。有關空間活動商業化的國際立法問題日益迫切，美國相繼發布了《陸地遙感商業化法》、《商業性空間發射法》，其他國家的國內立法工作也在推進。

4)空間信息產業發展加速，2004年全球衛星應用產業的銷售已超過1000億美元。

三、國內空間信息基礎設施發展應用現狀與趨勢

中國的NSII從1983年以來，每個五年計劃都列入了國家科技攻關項目，至今已取得了長足的發展，為我國國民經濟和社會發展做出了重大的貢獻。以跨部門地理空間信息共享服務平臺建設為主要內容的國家、地區和城市空間信息基礎設施建設已迅速展開。地理信息產業得到迅速發展，各級空間信息基礎設施建設全面起步。地理空間信息數據獲取能力和數字化水平顯著提高，國家基礎性地理空間信息資源基礎基本形成。地理空間信息共享的關鍵技術和標準的研發取得新的進展。地理空間信息應用服務初見成效。地理空間信息產業發展初具規模。近年來，特別是中辦[2002]17號文件提出的電子政務建設“四個基礎信息庫”之一的“自然資源和地理空間基礎信息庫”建設，正在全國上下如火如荼地進行。此外，國內還出現了北京大學數字中國研究院的China Star、北京中遙地網信息技術有限公司的地網GeoBeans3D數字地球、國遙新天地信息技術有限公司的EV-Globe及“遙感中國”、武漢大學的GeoGlobe，以及最近北京21世紀科技發展公司基于“北京-1”號小衛星數據的“漫游中國”等。地理空間信息共享的管理協調機制也進一步完善，信息服務體系進一步發展。

四、存在問題

盡管全球 NSII發展迅猛，然而也存在一些問題。特別在我國，NSII的建設缺乏統一規劃，沒有空間數據的共享機制和政策及整體規劃。一方面是大量數據閑置，另一方面需要數據的單位又找不到數據，結果是出現嚴重的數據重復建設現象；資源分散，標準化程度低；組織保障體系與NSII的發展需求不適應。具體如下：

1)國家空間信息基礎設施發展的統籌規劃、協調管理和市場監管相對薄弱。

2)部門、地區之間的信息共享機制尚未全面建立，信息安全保障水平有待提高。

3)以企業為主體的技術創新體系處于起步階段，促進空間信息成果向現實生產力轉化的市場環境有待完善。

4)信息獲取關鍵技術的自主創新能力不足，遙感衛星和導航定位的數據源及核心技術過度依賴國外。

5)地理空間信息庫更新緩慢，標準化工作滯后。信息資源開發利用與共享水平較低，現有應用系統不能完全滿足業務運行服務的實際需要。

五、啟示與思考

世界各國空間信息基礎設施建設的發展歷程，給我們解決上述問題提供了諸多借鑒與啟發。如在技術支撐環節，在歐洲，歐盟就非常重視政策、法規、標準等，特別加強法律法規的建設，使本已存在的多國標準不一、統一管理難、信息共享使用困難、各國發展不平衡等問題得以較好解決。在作為服務支撐支持的組織體系方面，一些國家，如同為發展中國家的南非，則采取明確具有協調能力的政府機構牽頭組織工作，并將政府的財務支持納入相關法案等措施，從根本上解決建設發展過程中的組織保障問題。同樣，在數據體系方面，南非也著力構建完整數據體系，并將數據分等分級，以滿足不同用戶的需要。而在作為交換平臺最為基礎的網絡體系建設上，各國都極為重視，如歐盟各國，都在最短的時間內，搭建起相關的網絡平臺，對內對外提供信息共享服務。此外，在共建共享機制建設上，多數國家也都采取政府調控與市場機制相結合的手段，努力使空間信息資源最大程度服務于社會各階層。

應該說，從國家層面建立起NSII建設和運作的政策和法律框架，從而在地方、地區、國家范圍內制定、實施、監管和評估國家政策，并為公眾提供信息是中國發展NSII可以借鑒的地方，同時通過競爭和法律來最大限度地發揮信息資源的經濟和社會效益。

六、結束語

“3S”技術是戰略高技術，是國家信息化的重中之重，地位極為重要和特殊；地理空間信息資源是國家戰略資源、基礎資源、安全資源。包括上述在內的空間信息基礎設施，特別是“3S”設施(系統)是國家重要基礎設施，是國際競爭的焦點、制高點，是投資最大、產出效益最高的行業之一，有著光明和燦爛的前景。

但與國外、特別是與美國等發達國家的地理空間信息基礎設施發展狀況相比，我國的地理空間信息戰略研究與實施還存在許多問題：一是國家地理空間信息戰略存在條塊分割、分布零散、缺乏綜合性的問題。隨著各個部委牽頭實施的“數字農業”、“數字林業”、“數字國土”、“數字地礦”、“數字水資源”、“數字海洋”、“數字氣象”、“數字生態”、“數字環境”等信息化建設的展開，有關的政策條件散落于各個部門的文件之中，缺乏統一建設框架與頂層設計，導致重復建設、浪費嚴重、信息難以實現共享、安全隱患、效率低下等問題。二是我國地理空間信息戰略與社會經濟戰略結合不緊密。三是缺乏足夠法律地位和約束效力。因此，積極推進“數字中國”——綜合性的國家地理空間信息戰略，特別是包括地理空間信息共享機制與共享平臺等的設計與研究，是當前國家信息化戰略研究、特別是國家地理空間信息基礎設施發展戰略研究的一個緊要任務。

[1] 李德仁.信息高速公路、空間信息基礎設施與數字地球[J].測繪學報，1999，28(1)：1-5.

[2] 閻守邕.國家空間信息基礎設施的現狀與發展[M].北京：海洋出版社，2001.

[3] 國家地理空間信息協調委員會辦公室.國家空間信息基礎設施發展戰略研究[M].北京：中國物價出版社，2002.

[4] 李琦，曾瀾，苗前軍，等.空間信息基礎設施與互操作[M].北京：科學出版社，2003.

[5] 閻守邕.國家空間信息基礎設施建設的理論與方法[M].北京：海洋出版社，2003.

[6] 陳述彭.空間信息基礎設施跨躍式發展[J].中國測繪，2003(2)：22.

[7] 曾瀾.非洲地理空間信息基礎設施的發展和啟示[J].國土資源信息化，2004(2)：40-45.

[8] 國家測繪局測繪發展研究中心.歐美空間信息基礎設施及其政策[EB/OL].[2013-03-18].http：∥218.244. 250.72/xiangguanziliao/A27.htm.

[9] 國家測繪局測繪發展研究中心.歐美空間信息基礎設施資料匯編[EB/OL].[2013-03-18].http：∥218.244. 250.72/xiangguanziliao.htm.

[10] 黨安榮，毛其智，史慧珍.數字城市規劃中空間信息技術集成研究背景與內容分析[J].上海城市規劃，2007，76(5)：49-53.

[11] 李德仁.對地觀測與地理信息系統[J].地球科學進展，2001，16(5)：689-703.

[12] 陳軍.多尺度空間數據基礎設施的建設和發展[M].北京：中國環境科學出版社，1999.

[13] 承繼成，李琦，易善楨.數字地球與國家空間信息基礎設施[M].北京：清華大學出版社，1999.

[14] DAVID A，DAVID H，GEORGE T，et al.Issues and Prospects for the Next Generation of the Spatial Data Transfer Standard(SDTS)[J].Geographical Information Science，1998，12(4)：403-425.

[15] 閻正.城市地理信息系統標準化指南[M].北京：科學出版社，1998.

[16] 王丹.數字城市空間數據獲取與應用服務的幾個問題[M].廣州：世界圖書出版公司，2001：591-595.

[17] 李根洪.關于城市地理空間基礎框架建設問題[M].廣州：世界圖書出版公司，2001：605-607.

[18] 承繼成，林琿，周成虎，等.數字地球導論[M].北京：科學出版社，2000.

[19] 孫建中.數字城市的自然與社會二重和諧[M].北京：科學出版社，2006：18-20.

[20] 賴明.“數字城市”能否解決城市難題[J].瞻望新聞周刊，2000，6(24)：14-16.

[21] 丁烈云，孫峻.數字城市——城市規劃面臨的變革[J].規劃師，2000(6)：21-23.

[22] 簡逢敏.從數字地球到數字城市規劃：兼論上海城市規劃信息系統[J].上海城市規劃，2000(4)：23-32.

[23] 吳書霞，艾及熙，郭平.數字城市規劃：概念及其支撐技術[M].廣州：世界圖書出版公司，2001.

[24] 戴逢，陳順清，丁建偉.試論數字城市規劃[J].城市規劃，2002(1)：26-28.

[25] 黨安榮，毛其智，史慧珍，等.數字城市總體規劃方法研究報告[M].北京：清華大學出版社，2003.

[26] 盧新海，何保國.基于GIS的數字城市規劃多源異構數據特征分析[J].地理空間信息，2005(4)：9-11.

[27] 莊燕麗.“數字城市規劃”前景廣闊[J].城鄉建設，2005(9)：52-54.

[28] 覃馭楚，牛錚，林文鵬，等.面向數字城市規劃的城市規劃模型研究[J].重慶建筑大學學報，2006，28(4)：138-141.

[29] 李德仁，關澤群.空間信息系統的集成與實現[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，2000.

[30] 楊克儉，劉舒燕，陳定方.虛擬現實與城市規劃[J].系統仿真學報，2000，12(3)：207-209，225.

[31] 朱露，吳素芝，林慧敏.虛擬現實技術在城市規劃中的應用與展望——以天津經濟技術開發區為例[J].城市規劃，2003，27(8)：47-48.

[32] 王磊.三維可視化在城市規劃輔助設計管理中的應用[J].智能建筑與城市信息，2003(5)：69-71.

[33] 李春陽，郭永明.虛擬現實技術在城市規劃與設計領域的實踐[J].測繪科學，2003，28(1)：38-40，44.

[34] 何振.網絡環境下政府信息資源共享機制研究[EB/ OL].[2013-03-18].http：∥www.Daxta.cn.

[35] 徐楓.國家空間信息基礎設施技術體系[EB/OL]. [2013-03-18].http：∥www.gisforum.net.

[36] CHEN Q T，LI Y.Applied Design Based on“3S”＆“IT” to Emergency Management[C]∥2011 International Conference on Remote Sensing，Environment and Transportation Engineering.Nanjing：IEEE，2011：4818-4824.

[37] CHEN Q T，CHEN X W.Applied Design Based on“3S”to Land and Resources Management[C]∥2011 International Conference on Remote Sensing，Environment and Transportation Engineering.Nanjing：IEEE，2011：4811-4817.

[38] CHEN Q T，LI Y.A Little Enlightenment from the Sharing Mechanism of the Geographical Spatial Information in China[C]∥2011 International Conference on Remote Sensing，Environment and Transportation Engineering. Nanjing：IEEE，2011：5666-5669.

Development of Domestic and International NSII Construction and Enlightenment from Its Application

CHEN Qingtao，DENG Min

P208

B

0494-0911(2014)07-0001-05

2013-05-18

國土資源部地學空間信息技術重點實驗室開放基金(KLGSIT2013-15)

陳慶濤(1964—)，男，廣東廣州人，博士，副教授，研究方向為空間信息科學與工程。

陳慶濤，鄧敏.國內外空間信息基礎設施建設進展及其應用中的啟示[J].測繪通報，2014(7)：1-5.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0212